Diseño en Tracción

EVALUACION DE LA TRACCION EN LA TORNAPUNTAORIGINADA POR CADA CARGA DE SERVICIO:

D: Peso propio L: Sobrecarga W: Viento E: Sismo S: Nieve

44,7

5

p p g

TD TL TW TE TS

Metodología para obtener la tracción de diseño:

METODOLOGIA ASD (Allowable Strength Design): Se hace una combinatoria de las cargas T de servicio

de acuerdo a Norma ASCE (American Society of Civil Engineers) y se encuentra el mayor valor de la tracción de servicio= Tmax

METODOLOGIA LRFD (Load and Resistance Factors Design): Se hace una combinatoria de las cargas T factorizadas (o últimas)

de acuerdo a Norma ASCE (American Society of Civil Engineers) y se encuentra el mayor valor de la tracción factorizada= Tu( y g ) y y

Método ASD (combinaciones no factorizadas)Se obtiene Tmax

COMBINACIONES ASDNumero Formula

1 DLas fórmulas ASD anteriores2 D+L3 D+LrD+SD+R

dan origen a 24 combinaciones:

Estas combinaciones a su vez se deben combinar con

4 D+0,75*L+0,75*LrD+0,75*L+0,75*SD+0,75*L+0,75*R

5a D+W

se deben combinar con situaciones de cargas distintas no simultáneas, que son:Viento TransversalViento LongitudinalSi T l D‐W

5b D+ED‐E

6a D+0,75*W+0,75*L+0,75*Lr

Sismo TransversalSismo LongitudinalNieve TotalNieve ParcialY a su vez con las que ocurren

D‐0,75*W+0,75*L+0,75*LrD+0,75*W+0,75*L+0,75*SD‐0,75*W+0,75*L+0,75*SD+0,75*W+0,75*L+0,75*R

* * *

qen elementos colocados simétricamente como las tornapuntas, que por ejemplo para viento transversal puede tener valores distintos a uno u D‐0,75*W+0,75*L+0,75*R

6b D+0,75*E+0,75*L+0,75*SD‐0,75*E+0,75*L+0,75*S

7 0,6*D+W0 6*D W

tener valores distintos a uno u otro lado(Ver Pauta corregida de Ejercicio N°1 de semestre2009-1

0,6*D‐W8 0,6*D+E0,6*D‐E

Método LRFD (combinaciones factorizadas)Se obtiene Tu

Las fórmulas LRFD anteriores COMBINACIONES LRFDdan origen a 25 combinaciones: Numero Formula

1 1,4*D2 1,2*D+1,6*L+0,5*Lr1,2*D+1,6*L+0,5*S1,2*D+1,6*L+0,5*R

Estas combinaciones a su vez se deben combinar con , , ,

3a 1,2*D+1,6*Lr+L1,2*D+1,6*S+L1,2*D+1,6*R+L

3b 1,2*D+1,6*Lr+0,8W1,2*D+1,6*Lr‐0,8W

se deben combinar con situaciones de cargas distintas no simultáneas, que son:Viento TransversalViento LongitudinalSi T l 1,2 D+1,6 Lr 0,8W

1,2*D+1,6*S+0,8W1,2*D+1,6*S‐0,8W1,2*D+1,6*R+0,8W1,2*D+1,6*R‐0,8W

4 1 2*D+1 6*W+L+0 5*Lr

Sismo TransversalSismo LongitudinalNieve TotalNieve ParcialY a su vez con las que ocurren 4 1,2 D+1,6 W+L+0,5 Lr

1,2*D‐1,6*W+L+0,5*Lr1,2*D+1,6*W+L+0,5*S1,2*D‐1,6*W+L+0,5*S1,2*D+1,6*W+L+0,5*R1 2*D 1 6*W+L+0 5*R

qen elementos colocados simétricamente como las tornapuntas, que por ejemplo para viento transversal puede tener valores distintos a uno u 1,2*D‐1,6*W+L+0,5*R

5 1,2*D+1,4*E+L+0,2*S1,2*D‐1,4*E+L+0,2*S

6 0,9*D+1,6*W0,9*D‐1,6*W

* *

tener valores distintos a uno u otro lado(Ver Pauta corregida de Ejercicio N°1 de semestre2009-1

7 0,9*D+1,4*E0,9*D‐1,4*E

Los elementos estructurales en tracción se usan en varios tipos de estructuras como:enrejados, cables en puentes colgantes y atirantados, arriostramiento para edificios y

t bl i t d t h l tpuentes y cables en sistemas de techos colgantes.

Las secciones más frecuentes son las circulares llenas y los perfiles ángulos. Cuandol d it d t bié fil d ió l t b llas cargas son de gran magnitud se usan también perfiles de sección canal, tubulares,secciones H y secciones compuestas por alguna combinación de las anteriores.

Las secciones compuestas más usadas en general son las combinaciones de ánguloen “estrella” (XL) y “espalda espalda” (TL la que en ambientes exteriores presentaen estrella (XL) y espalda-espalda (TL, la que en ambientes exteriores presentadificultades de mantenimiento)

Diseño de elementos en tracción

La tensión en un elemento axialmente cargado en tracción es función de la fuerza detracción “T” y del área efectiva “Aefectiva” de su sección transversal, que consideratanto la posible existencia de perforaciones, como también la concentración detensiones. Esta área efectiva será definida más adelante.

TefectivaA

Tf

En los elementos en tracción puede usarse cualquier configuración de seccióntransversal, ya que el único factor que determina la resistencia , es el área transversal.

PREDISEÑO DE ELEMENTOS EN TRACCIÓN QUE NO SON CABLES NI SE COLOCAN CON TRACCIÓN PREVIA:

Para elementos que no se colocan con tracción previa ni son cables, se debe cumplir con:

1. Restricción de esbeltez:

Para evitar deformaciones en el elemento originadas durante su fabricación, transporte a obra y montaje, su esbeltez “” debe ser tal que:obra y montaje, su esbeltez debe ser tal que:

300r

Lmin

con g

minmin A

Ir

En que:

L= Longitud del elemento a transportar.

r = Radio de giro mínimo de la secciónrmin = Radio de giro mínimo de la sección.

Ag = Area bruta de la sección transversal.

AISC -2005 :

A continuación se muestra una Tabla de ayuda para el diseño, que entrega los radios de giro aproximados de distintas secciones en función de las dimensiones características de la sección transversal:

2 Restricción de altura:2. Restricción de altura:

Ya ubicado en su posición definitiva, y para evitar su deformación originada por su propio peso, o bien para evitar las vibraciones producidas por el viento o por equipos, la mayor proyección en un plano vertical de las dimensiones de la sección transversal del elemento debe ser tal que:

45para90aperfildelalturah

AISC -2005 : Estado límite de fluencia por tracción

Condición de Diseño (LRFD) Condición de Diseño (ASD)

Tu (de combinaciones factorizadas) ≤ ø Tn Tmax (de combinaciones no factorizadas) ≤ Tn/Ω

AISC -2005 : Estado límite de fractura por tracción

Condición de Diseño (LRFD) Condición de Diseño (ASD)Condición de Diseño (LRFD)

Tu (de combinaciones factorizadas) ≤ ø Tn

Condición de Diseño (ASD)

Tmax (de combinaciones no factorizadas) ≤ Tn/Ω

1. Explique qué se entiende por Area Efectiva, detallando cada uno de los parámetrosque intervienen en su determinación. R: El Area Efectiva corresponde a la parte de una sección en tracción ( por ejemplo laSección B de la Figura ), que trabajando a una tensión constante, soporta la misma cargaque la sección total ( Sección A ) Esta sección está sometida a aumentos de tensiónque la sección total ( Sección A ). Esta sección está sometida a aumentos de tensiónproducto de las perforaciones, y de la concentración de tensiones originada por laexcentricidad entre el eje del perfil y el centro de gravedad de la conexión: Las líneas detensión, después de haber estado uniformemente distribuídas en la sección A, cambiande dirección dirigiéndose hacia la conexión, sección B, distribuyéndose sobre unamenor área y generando por consiguiente una concentración de tensiones. El área efectiva toma en cuenta entonces la disminución de área por las perforaciones yl t ió d t i d id l t i id d d l t itidla concentración de tensiones producida por la excentricidad de la carga transmitida.

El área efectiva se determina con:

AUA efectiva = En caso de uniones apernadas o remachadas:remachadas:

netaAA = =Area neta

tg4

stDAA

j

2j

gneta ∑∑- +=

mm6.3dmm2mm6.1dD +=++= (D= diámetro de cálculo)( )

En caso de uniones soldadas: gAA = =Area bruta

U= Coeficiente de reducción. 2. Explique los motivos por los que se debe reducir el área bruta transversal de los elementosestructurales en tracción cuando se considera la zona próxima a una conexión apernada. R: En una zona próxima a una conexión apernada ( Zona C en la Figura) se debe reducir el áreabruta transversal debido a que las tensiones que se distribuyen uniformemente sobre el áreabruta en una zona lejana a la conexión ( Zona A ) deben orientarse hacia la conexión

d l ó i é t l h t d l á t l d j d tapernada en la zona próxima a ésta, lo que hace que parte del área transversal deje de estartraccionada mientras el resto de ella comienza a quedar sometida a tensiones muchomayores (concentración de tensiones) que la que existía en la zona lejana. Finalmente, en lazona de la conexión ( Zona B ), además de la reducción debida a la concentración detensiones, se debe reducir el área transversal por la presencia de las perforaciones para lospernos.

5.1 ÁREA BRUTAEl área bruta Ag de un miembro en cualquier sección es la suma de los productos del espesor y ancho bruto de cada elemento componente medidos en un plano normal al eje del elemento. Para los perfiles ángulo, el ancho bruto es la suma de los anchos de las alas menos el espesor.

5.2 ÁREA NETAEl área neta An de un miembro es la suma de los productos del espesor y ancho neto de n cada elemento, calculado como se indica a continuación:elemento, calculado como se indica a continuación:En el cálculo del área neta de tracción y corte, el ancho de las perforaciones para conectores se supondrá 2 mm mayor que la dimensión nominal de la perforación, la que a su vez es 1,6 mm mayor que el diámetro nominal del conector.Para cadenas de perforaciones que cruzan la sección en diagonal o zigzag, el ancho neto se

l l á di d l fó l i i t (V fi 5 2 1)calculará por medio de la fórmula siguiente. (Ver figura 5.2.1):

4gSD-BB

2

gn

En que:

Bn : Ancho neto.

Bg : Ancho bruto o desarrollo total de la sección.

D : Diámetro de las perforaciones o ancho de las ranuras de la cadena.

Di t i l it di l t t d d f i ti ( )s : Distancia longitudinal entre centros de dos perforaciones consecutivas (paso), mm.

g : Distancia transversal entre centros de dos líneas de perforaciones (gramil), mm.

t : Espesor de la plancha o perfil. Si el perfil tiene espesor variable, como en el caso de canales ......laminados, se usar el valor medio t = Ag/Bg., g g

Las distancias longitudinal “s” o transversal “g” se miden con respecto a la dirección del esfuerzo.

En perfiles ángulo, el gramil de perforaciones en alas opuestas es igual a la suma de los gramiles medidos desde el canto común menos el espesor.

Para determinar el área neta en soldaduras de tapón o ranura, no se deberá considerar el metal aportado.

Ver página 42 en Apuntes “Uniones con conectores”

D= diámetro de cálculo= diámetro de la perforación + toleranciaDperf= diámetro de la perforación= diámetro del perno + toleranciad=diámetro del perno= diámetro del vástago.tolerancia= 1/16”Ejemplo: Diámetro de cálculo para perno de 7/8” es D= 1”

Ejemplo de ubicación de pernos:(k=distancia medida desde borde recto de un lado, hasta donde termina la curvatura de laminación o de doblado (en caso de perfiles plegados))

Se consideraSe considera como dos perfiles canal –en rojo unidos, de allí resulta tw/2 en la expresión del gramil resultante

Trabajando con el canal achurado en rojo:

ww

canalwcanalcanalcanalg tCA2t2

2C2At2C2AB

A2/AAt ggcanalg

)tCA(2tCABt

w

g

w

g

canalg

canalgcanal

canal

2

canalgcanaln tg4

sΣtDΣ2/AA → canalnperfiln A2A

1. Explique qué se entiende por Area Efectiva, detallando cada uno de los parámetrosque intervienen en su determinación. R: El Area Efectiva corresponde a la parte de una sección en tracción ( por ejemplo laSección B de la Figura ), que trabajando a una tensión constante, soporta la misma cargaque la sección total ( Sección A ) Esta sección está sometida a aumentos de tensiónque la sección total ( Sección A ). Esta sección está sometida a aumentos de tensiónproducto de las perforaciones, y de la concentración de tensiones originada por laexcentricidad entre el eje del perfil y el centro de gravedad de la conexión: Las líneas detensión, después de haber estado uniformemente distribuídas en la sección A, cambiande dirección dirigiéndose hacia la conexión, sección B, distribuyéndose sobre unamenor área y generando por consiguiente una concentración de tensiones. El área efectiva toma en cuenta entonces la disminución de área por las perforaciones yl t ió d t i d id l t i id d d l t itidla concentración de tensiones producida por la excentricidad de la carga transmitida.

El área efectiva se determina con:

AUA efectiva = En caso de uniones apernadas o remachadas:remachadas:

netaAA = =Area neta

tg4

stDAA

j

2j

gneta ∑∑- +=

mm6.3dmm2mm6.1dD +=++= (D= diámetro de cálculo)( )

En caso de uniones soldadas: gAA = =Area bruta

U= Coeficiente de reducción. 2. Explique los motivos por los que se debe reducir el área bruta transversal de los elementosestructurales en tracción cuando se considera la zona próxima a una conexión apernada. R: En una zona próxima a una conexión apernada ( Zona C en la Figura) se debe reducir el áreabruta transversal debido a que las tensiones que se distribuyen uniformemente sobre el áreabruta en una zona lejana a la conexión ( Zona A ) deben orientarse hacia la conexiónapernada en la zona próxima a ésta, lo que hace que parte del área transversal deje de estartraccionada mientras el resto de ella comienza a quedar sometida a tensiones muchomayores (concentración de tensiones) que la que existía en la zona lejana. Finalmente, en lazona de la conexión ( Zona B ), además de la reducción debida a la concentración detensiones, se debe reducir el área transversal por la presencia de las perforaciones para lospernos.

5.3 ÁREA NETA EFECTIVA EN MIEMBROS TRACCIONADOS

El área neta efectiva en miembros traccionados se debe determinar como sigue:

1 Cuando la carga de tracción es transmitida directamente a cada uno de los elementos de la sección1. Cuando la carga de tracción es transmitida directamente a cada uno de los elementos de la sección transversal por conectores o soldadura, el área neta efectiva Ae es igual al área neta An.

2. Cuando la carga de tracción es transmitida por pernos o remaches a algunos, pero no a todos los elementos de la sección transversal, el área neta efectiva se calculará como sigue:

UAA UAAe Donde:A = En conexiones soldadas,

A es el área bruta= Ag . E i d

en que: )L/x(1U

En conexiones apernadas, A es el área neta= An

U = Coeficiente de reducción. x = Excentricidad de la conexión, mm.

Distancia desde el plano deDistancia desde el plano de conexión, o cara del elemento, al centro de gravedad de la porción del miembro que resiste la fuerza de conexión..

L = Longitud de la conexión en laL = Longitud de la conexión en la dirección de la carga, mm

De acuerdo a AISC 2010 en perfiles abiertos U no necesita ser menor quela razón (Agc/Ag), lo que no aplica( g g)en perfiles tubulares ni en placas.Para placas de empalme apernadas:.

Ver los posibles valores de U en Tabla D3.1 Ag85.0AA ne

En ICHA 2008 AISC 2005

AISC 2010

Se podrán usar valores mayores de U cuando estén justificados por ensayos u otros criterios racionales.

(a) Cuando la carga de tracción es transmitida sólo por pernos o remaches:(a) Cuando la carga de tracción es transmitida sólo por pernos o remaches:

A = An = área neta del miembro, mm2

(b) Cuando la carga de tracción es transmitida sólo por soldaduras longitudinales aun miembro que no sea una plancha o por soldaduras longitudinales en combinación con soldaduras transversales:

A = Ag = área bruta del miembro, mm2

(c) Cuando la carga de tracción es transmitida sólo por soldaduras transversales:

A = área de los elementos directamente conectados. mm2

U = 1.0

(d) Cuando el miembro traccionado es una plancha, conectada mediante soldaduras longitudinales en sus extremos y la longitud de las soldaduras es mayor que el ancho de la plancha:

A = área de la plancha mm2 = w tA = área de la plancha, mm2 = w t

Si L 2w ……………………………...U = 1.00

Si 2w > L 1.5w ……………………..U = 0,87

Si 1 5w > L w U = 0 75

Si 1,5w > L w ……………………...U = 0,75

Donde:

L = longitud de la soldadura, mm.

w = longitud de la soldadura mm

w = longitud de la soldadura, mm.

t = espesor de la plancha.

Para el área efectiva de los elementos conectores, ver sección 13.5.2.

Sección efectiva en Planchas de Conexión:Sección efectiva en Planchas de Conexión:

Se denomina sección Whitmore al área transversal teórica efectiva de la plancha de conexión en el extremo de una unión en tracción o compresión, tal como la conexión del guset un arriostramiento o situación similar.

C il t l fi l ió d ti t f d fil TL l l it d f ti L d lComo se ilustra en la figura para la conexión de un tirante formado por un perfil TL, la longitud efectiva Lw de la sección Whitmore queda determinada usando una línea que forma un ángulo de 30° con respecto a ambos lados de la conexión, comenzando en el inicio de la unión. Se aplica tanto a las uniones soldadas como a las apernadas.

AISC -2005 : Estado límite por desgarramiento:

Norma AISC 2010

Norma AISC 2010

Factores UbsFactores Ubs

PERFILES COMPUESTOS EN TRACCION

Cuando los perfiles estructurales o las placas de acero son conectados para formar un perfil compuestoCuando los perfiles estructurales o las placas de acero son conectados para formar un perfil compuesto,ellos deben conectarse no sólo en los extremos del elemento, sino también a intervalos a lo largo de sulongitud. No se requiere una conexión continua. Este tipo de conexión se llama por puntos o intermitente.La práctica común es localizar los puntos de conexión de modo que la esbeltez individual L/r para decualquier componente no exceda el valor L/r de todo el elemento compuesto. La Norma AISCrecomienda que los perfiles compuestos cuyas partes componentes estén separadas de maneraintermitente sean conectadas a intervalos tales que la esbeltez L/r máxima de cualquier componente noexceda de 300.Los perfiles compuestos que consisten en placas o en una combinación de placas y perfiles son tratados en el capítulo "Conexiones, Juntas y Conectores" de la Norma AISC. En general, el espaciamiento de losen el capítulo Conexiones, Juntas y Conectores de la Norma AISC. En general, el espaciamiento de los conectores o soldaduras no debe exceder de 24 veces el espesor de la placa más delgada o bien de 12 pulgadas. Si el miembro es de acero “patinable" expuesto a la corrosión atmosférica, la separación máxima es de 14 veces el espesor o bien de 7 pulgadas.

1

min1min1 A

Ir 300

rlmin1

1

7.2 SECCIONES ARMADAS

Para limitaciones en el espaciamiento longitudinal de conectores entre elementos en contacto continuo, consistentes en una plancha y un perfil, o en dos planchas, ver la Sección 13.3.5.

El espaciamiento longitudinal de los conectores deberá limitar la esbeltez de cualquier componente entre conectores a no más de 300.

Las platabandas perforadas o planchuelas de unión distanciadas, sin diagonales, podrán ser usadas a loLas platabandas perforadas o planchuelas de unión distanciadas, sin diagonales, podrán ser usadas a lo largo de costados abiertos de miembros armados traccionados. la longitud de las planchuelas medida en la dirección del eje del elemento, no debe ser inferior a 2/3 de la distancia ente las líneas de soldaduras o conectores que las unen a los miembros principales, y su espesor no podrá ser menor que 1/50 de la distancia entre estas líneas. El espaciamiento longitudinal entre soldaduras intermitentes o conectores de l l t b d d b á d 150 El i i t d l l h l d b t l llas platabandas no deberá exceder 150 mm. El espaciamiento de las planchuelas debe ser tal que la esbeltez de los elementos entre planchuelas no exceda de 300.

DETALLE DE PERFILES COMPUESTOS EN TRACCION SEGÚN ICHA-2002

BARRAS ROSCADAS Y CABLES

Cuando la esbeltez no es de importancia, en elementos en tracción es frecuente usar barras de seccióntransversales circular roscadas y/o cables La diferencia entre ellos es que las barras son sólidas y lostransversales circular roscadas y/o cables. La diferencia entre ellos es que las barras son sólidas y loscables están hechos con fibras individuales enrolladas entre sí a manera de una cuerda. Las barrasroscadas y los cables se usan con frecuencia en sistemas de techos suspendidos y como colgantes oelementos estructurales de suspensión en puentes.

Las barras roscadas se usan también en sistemas de arriostramiento; en la mayoría de los casos, ellas sonLas barras roscadas se usan también en sistemas de arriostramiento; en la mayoría de los casos, ellas sonpre-tensadas para evitar su deformación por peso propio cuando no existen las tracciones que motivaronsu diseño ( por lo que también reciben el nombre de “tensor”), sin embargo, hay situaciones como en elcaso de los colgadores de las costaneras de cubierta o de revestimiento lateral en que se colocan sintracción previa, pues el peso propio de los elementos conectados a ellas las mantiene rectas.

La figura ilustra algunos sistemas típicos de conexión de tensores y cables:

Cuando el extremo de una barra necesita ser roscada. se usa a veces (solución muy cara y normalmenteinnecesaria) un engrosamiento del extremo en el que se va a hacer el hilo, para contrarrestar la reducciónde área generada por la rosca, o bien se simplemente se admite la reducción de área.g p p

Para cargas de poca magnitud en ocasiones se ha optado por soldar en el extremo de la barra el vástagode un perno de mayor diámetro a fin de no reducir el área con los hilos.

El área transversal efectiva en la porción con hilo de un tensor se llama área de tracción “As” y es unafunción del diámetro “d” de la sección bruta y del número de hilos/pulgada “n”función del diámetro d de la sección bruta y del número de hilos/pulgada n .

La resistencia última en tracción de la barra con hilo puede entonces escribirse como:

En Normas AISC anteriores:

La resistencia última en tracción de la barra con hilo puede entonces escribirse como:

usu FAT con =0.75

La Norma AISC señala que en caso de usarse barras con engrosamiento en el extremo para el hilo, debe cumplirse:cumplirse:

bu

ys A

FF

A

En que A es el área transversal efectiva mayor de los extremos roscados y Ab el area transversal de laEn que As es el área transversal efectiva mayor de los extremos roscados y Ab el area transversal de la sección sin hilo de la barra (área bruta).

Para prevenir su daño durante la construcción. los tirantes no deben ser muy esbeltos. Una práctica común es usar un diámetro mínimo de 5/8” ( 16 mms) en arriostramiento de cubiertas. Como “colgadores” en cambio se suele usar como mínimo d=8 mmsen cambio se suele usar como mínimo d=8 mms.

AISC -2010 :

AISC -2010 :

Los cables flexibles en forma de torones o cables de alambre se usan en aplicaciones en que se requiere alta resistencia y la rigidez no es de importancia. Además de su uso en puentes y en sistemas de techos con cables, ellos se usan también en grúas, como “vientos” para torres y como riostras longitudinales en sistemas de edificios metálicos.

Un cable de alambre de acero esta compuesto por varios “torones” dispuestos helicoidalmente alrededor de un núcleo, en que un “torón” consiste a su vez de alambres individuales enrollados helicoidalmente alrededor de un núcleo central.

La selección del cable correcto para una carga dada se basa usualmente en consideraciones de resistencia y deformación.

Al cargarlos por primera vez, los cables sufren un estiramiento causado por el desplazamiento interno de los alambres individuales, esto da como resultado un estiramiento permanente que se suma al alargamiento elástico normal producido por la carga. Por esta razón, los cables son a menudo pre-estirados.

Los cables de alambres y los torones se fabrican con aceros de mucha mayor resistencia que la de los aceros estructurales y no son tratados por las Especificaciones AISC.

Para conocer la resistencia a la ruptura de los cables, así como detalles de los dispositivos disponibles para sus conexiones se debe consultar las publicaciones técnicas de los fabricantes.

ELEMENTOS ESTRUCTURALES CONECTADOS POR PASADORES:

Cuando un elemento estructural va a ser conectado por un pasador, se hace una perforación en elelemento y en las partes a las que éste va a estar conectado y se inserta un pasador a través de él Estoelemento y en las partes a las que éste va a estar conectado, y se inserta un pasador a través de él. Estoproporciona una conexión tan libre de momento como es posible en la práctica.

Un tipo especial de elemento conectado por pasador en la que el extremo que contiene la perforación parael pasador es ensanchado, lo constituye la llamada “barra de ojo” o “biela”, como se muestra en la figura.

En la Norma AISC se dan reglas detalladas para dimensionar barras de ojo. Esos requisitos se basan en laexperiencia y en programas de pruebas en barras de ojo forjadas, pero ellos resultan conservadores alaplicarse a barras de ojo obtenidas de cortar placas térmicamente (el método actual de fabricación). Lasbarras de ojo fueron usadas ampliamente en el pasado como elementos estructurales simples en tracciónbarras de ojo fueron usadas ampliamente en el pasado como elementos estructurales simples en tracciónpara armaduras de puentes o usadas como eslabones tipo cadena en puentes colgantes. Actualmente sonrara vez usadas.

Los elementos estructurales en tracción conectados con pasador están sometidos a varios tipos de falla, lascuales se tratan en la Sección D3 del AISCcuales se tratan en la Sección D3 del AISC.

En la proposición del ICHA 2002 esta materia se trata como se indica a continuación:

7.3 BIELAS Y PLANCHAS CONECTADAS POR PASADORES:

El uso de estos elementos, mostrados en la figura 7.1, es muy restringido, generalmente en puentes cíe gran luzluz.

En bielas con los extremos forjados para alojar los pasadores. el diámetro d de los pasadores no deberá ser menor que 7/8 deI ancho b del cuerpo de la biela. El diámetro D de la perforación no deberá exceder al diámetro del pasador en más de 0.8 mm.

Si l lí it d fl i d l 500 MP l diá t D d l f ió d á dSi el límite de fluencia del acero es mayor que 500 MPa, el diámetro D de la perforación no podrá exceder cinco veces el espesor t de la plancha y el ancho b del cuerpo de la biela deberá ser reducido en concordancia.

En miembros articulados unidos por pasadores cilíndricos, las perforaciones deberán estar ubicadas en la línea central entre los bordes del elemento. En pasadores que deban acomodar desplazamientos relativos bajo

l diá t D d l f ió d á d á d 1 0 l d l d El h d lcarga, el diámetro D de la perforación no podrá exceder en más de 1.0 mm al del pasador. El ancho de la plancha más allá de la perforación no podrá ser inferior al ancho efectivo c a cada lado de la perforación.

En planchas articuladas unidas por pasadores, pero de forma distinta a las bielas, el área neta mínima de la plancha An más allá del pasador, en la dirección paralela al eje de tracción, no debe ser menor que 2/3 del área neta necesaria para tracciónneta necesaria para tracción.

La resistencia de diseño de miembros traccionados biarticulados, con pasadores, será el menor de los valores límites siguientes:

a. Tracción en el área neta efectiva:

AISC anteriores:

b. Cizalle en el área efectiva: t = 0.75 Pn = 2 t bef Fu (7.3-1)

sf = 0.75 Pn = 0,6 Asf Fu (7.3-2)

c. Aplastamiento en el área proyectada del pasador, ver Sección 13.8.1. La resistencia de aplastamiento en superficies de acero es Rn, siendo = 0.75. Rn se define según el

tipo de apoyo.

( ) E fi i ill d d j l d d i d d(a) En superficies cepilladas, pasadores en agujeros taladrados y escariados y extremos de atiesadores de apoyo, llamando Anb al área proyectada del apoyo, mm2:

Rn = 1,8 Fy Apb (13.8.1)

(b) En rodillos o balancines (Figura 13.4.3):

Si d 635 mm (13.8.2)

Si d 635 mm (13 8 3)

n yL dR 1,2 F 9020

L dSi d 635 mm (13.8.3) n yL dR 6 F 9020

d. Fluencia en el área bruta: Usar fórmula 7.1-1.

t= 0 9 Pn=Fy Ag (7 1 1)t= 0,9 Pn=Fy Ag (7.1-1)

(Ver plano del Viaducto del Malleco)

Donde

Fu = Tensión última de tracción, N/mm2

Pn = Resistencia nominal en tracción NPn = Resistencia nominal en tracción, N.

Asf= 2t (a+d/2) mm2.

a = Distancia menor desde el borde de la perforación del pasador hasta el borde extremo del elemento en la dirección de la fuerza, mm.

bef = 2t+16 mm, pero no mayor que la distancia real entre el borde de la perforación y el borde del elemento medido en dirección normal a la fuerza aplicada, mm.

d = diámetro del pasador, o diámetro del rodillo, según el caso, mm.

t = espesor de la plancha, mm.

L = Longitud del rodillo, mm

Las esquinas más allá de la perforación de un pasador pueden ser cortadas a 45º con respecto al eje del elemento, siempre que el área neta An más allá de la perforación del pasador, en un plano perpendicular alelemento, siempre que el área neta An más allá de la perforación del pasador, en un plano perpendicular al corte diagonal. no sea menor que la necesaria A, más allá de la perforación, paralelamente al eje del elemento.

Plano del Viaducto del Malleco original –sin los refuerzos posteriores

Estructura de cubierta del Aeropuerto Arturo Merino Benítez de Santiago

Columnas de apoyo de la cubierta Aeropuerto Arturo Merino Benítez de Santiago

AISC -2005 :

Miembros conectados por pasadores (tomado de Comentarios AISC original):

La resistencia de diseño de las bieIas con cabezas forjadas se determinará de acuerdo a la sección 7.1 donde Ag considerará la sección bruta del cuerpo de la biela

Barras de ojo:

donde Ag considerará la sección bruta del cuerpo de la biela.

Las bielas con cabezas forjadas serán de sección uniforme, sin rellenos en torno a las perforaciones y tendrán cabezas circulares, cuyas periferias serán concéntricas a la perforación extrema.

El radio de transición entre la cabeza y el cuerpo de la biela no será menor que el diámetro de la cabeza.

El ancho b del cuerpo de las bielas nó será mayor que 8 veces su espesor t.

Sólo se permitirá un espesor t de pIancha menor de12mrn.en el cuerpo de la biela si se dispone de elementos de apriete que produzcan un contacto íntimo entre los suples y las planchas de la biela. El radio c desde el borde del agujero al borde de la biela en dirección perpendicular a la carga deberá serEl radio c desde el borde del agujero al borde de la biela en dirección perpendicular a la carga deberá ser mayor de 2/3, y para efectos del cálculo no más de 3/4, del ancho b del cuerpo de la biela.

Bielas (tomado de Comentarios AISC original):

AISC -2005 :

ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN TRACCION EN ESTRUCTURAS PARA TECHOS (CERCHAS):

Muchos de los elementos estructurales en tracción que usan los ingenieros son componentes de cerchas.Las cerchas se usan en los sistemas de techo cuando se requieren grandes claros en que el costo y pesoLas cerchas se usan en los sistemas de techo cuando se requieren grandes claros en que el costo y pesode una solución usando viga de alma llena sería prohibitivo. ( En todo caso, se puede considerar que unacercha es una viga de gran peralte con gran parte de su alma retirada ). Las cerchas de techo se usan amenudo en edificios industriales, aunque la construcción de este tipo ha sido reemplazada en gran medidapor marcos de nudos rígidos.

En la figura se muestra la construcción típica de techo con cerchas soportadas por muros. En este tipo deconstrucción, un extremo de la conexión entre la cercha y los muros puede usualmente considerarse comoarticulada y el otro extremo como articulación deslizante. La armadura puede entonces analizarse comouna estructura estáticamente determinada. Los muros de soporte pueden ser de hormigón armado, debloques de mortero, de ladrillo, o de una combinación de esos materiales.

Idealmente, las costaneras se sitúan en los nudos de la cercha por lo que ésta puede tratarse comouna estructura conectada por pasadores y cargada sólo en los nudos. Sin embargo, algunas veces,una estructura conectada por pasadores y cargada sólo en los nudos. Sin embargo, algunas veces,la cubierta del techo no puede salvar la distancia entre nudos y puede ser entonces necesario usarcostaneras intermedias. En tales casos, la cuerda superior estará sometida a flexión simultáneacon compresión axial y debe ser diseñada, como una viga-columna.

Normalmente las cerchas de techo son espaciadas uniformemente a lo largo de la longitud delp g gedificio y unidas entre sí por medio de vigas longitudinales llamadas costaneras y porarriostramientos formados por diagonales en cruz y puntales. La función de las costaneras estransferir las cargas de la cubierta a la cuerda superior de la cercha. ( sin embargo, hayproyectistas que además las consideran actuando como puntales del sistema de arriostramiento, loque es desaconsejable)que es desaconsejable).

Normalmente también el arriostramiento es ubicado en los planos de las cuerdas superior e inferior,pero no se requiere en todos los “paños” entre cerchas pues las fuerzas laterales pueden sertransferidas de un paño a la otro por medio de puntales.

Los colgadores son elementos estructurales en tracción usados para proporcionar soporte lateral a las costaneras. La mayor parte de las cargas aplicadas por la cubierta a las costaneras son verticales, por lo

d i á t l l l t h i li d i l t fl ique se producirá una componente paralela al techo inclinado, que ocasiona que las costaneras se flexionen en esa dirección (ver figura ).

Los colgadores pueden situarse en el punto medio, en los puntos tercios, o a intervalos más frecuentesen la costanera, dependiendo de la cantidad de soporte que necesite ésta.

El intervalo es una función de Ia separación entre cerchas de la pendiente de la cuerda superior de laEl intervalo es una función de Ia separación entre cerchas, de la pendiente de la cuerda superior, de laresistencia de la costanera a la flexión lateral (la mayoría de los perfiles usados como costanera son muydébiles a este respecto), y la cantidad de soporte proporcionada por el techado. Si se usa una cubiertametálica ésta estará, por lo general rígidamente unida a las costaneras y los colgadores puedenentonces no ser necesarios. Sin embargo, algunas veces el peso de la propia costanera es suficientepara causar problemas y los colgadores pueden ser necesarios para proporcionar soporte durante laconstrucción ( montaje) antes de que se coloque la cubierta.

Si se usan colgadores, ellos se diseñan para soportar la componente de las cargas de techo paralelas aéste. Se supone que cada colgador entre costaneras soporta todo lo que está abajo de él; el colgadorsuperior se diseña entonces para resistir la carga que actúa sobre su área de techo tributaria (quesuperior se diseña entonces para resistir la carga que actúa sobre su área de techo tributaria (quecorrespondería a la longitud que va desde la cumbrera al borde del alero, multiplicada por la distancia “s”entre colgadores, como se muestra en la figura.

Aunque la fuerza será diferente en cada colgador, la práctica usual es usar un solo tamaño. La cantidad adicional de material en consideración es insignificante y el uso del mismo tamaño para cada segmento elimina la posibilidad de una confusión durante la construcción.

En la figura siguiente se muestra un posible tratamiento de la cumbrera. El tensor entre los costanerasde cumbrera debe resistir la carga de todos los colgadores a cada lado. La fuerza de tracción en esteelemento horizontal tiene como una de sus componentes la fuerza en el colgador superior.

Un diagrama de cuerpo libre de una costanera de la cumbrera ilustra este efecto, como se muestra en la fifigura

Para la geometría y carga usual en armaduras, la cuerda inferior estará en tracción y la cuerda superiorestará en compresión. Algunos elementos estructurales del enrejado del alma estarán en tracción y otros encompresión Cuando se incluyen los efectos del viento y se consideran diferentes direcciones posibles decompresión. Cuando se incluyen los efectos del viento y se consideran diferentes direcciones posibles deéste, la fuerza en algunos elementos estructurales del enrejado puede alternar entre tracción y compresión.En este caso, el elemento afectado debe diseñarse para funcionar tanto como elemento en tracción comoelemento en compresión.

En cerchas apernadas frecuentemente se usan las secciones de ángulo doble (espalda –espalda) tantoEn cerchas apernadas, frecuentemente se usan las secciones de ángulo doble (espalda espalda) tantopara las cuerdas como para la celosía. Este diseño facilita la conexión de elementos estructurales que seunen en un nudo al permitirse el uso de una sola placa de conexión de nudo (“gousset”), como se ilustra enla figura ( sin embargo esta solución no es adecuada en estructuras que permanecen a la intemperie, puesresulta difícil hacer mantenimiento y pintar entre los dos ángulos).

Cuando se usan perfiles T como elementos estructurales de cuerdas en armaduras soldadas, los ángulosde la celosía pueden usualmente soldarse al alma de la T. Si la fuerza en un miembro de la celosía espequeña pueden usarse ángulos simples aunque al hacerlo así se elimina el plano de simetría de lapequeña, pueden usarse ángulos simples, aunque al hacerlo así se elimina el plano de simetría de lacercha y el elemento de la celosía queda cargado excéntricamente.

Los elementos estructurales de las cuerdas son usualmente fabricados con piezas continuas oempalmados en caso necesario. El hecho que los elementos estructurales de las cuerdas sean continuosy los nudos sean apernados o soldados aparentemente invalidaría la hipótesis habitual que los nudos sony los nudos sean apernados o soldados, aparentemente invalidaría la hipótesis habitual que los nudos sonrotulados.

La rigidez de los nudos introduce cierto momento flexionante en los elementos estructurales, pero éste esusualmente pequeño y se considera como un efecto secundario. La práctica usual es despreciarlo. Sinembargo, la flexión causada por cargas aplicadas directamente a elementos estructurales entre los nudos,embargo, la flexión causada por cargas aplicadas directamente a elementos estructurales entre los nudos,debe tomarse en consideración, como lo que ocurre cuando las costaneras no caen en los nudos de lacercha; en este caso la cuerda superior, que recibe a las costaneras, se comporta como “viga – columna”y se debe diseñar a flexo-compresión. Las líneas de trabajo estructural de los elementos que forman unaarmadura apropiadamente diseñada deberían ser concurrentes en cada nudo.

Las líneas de trabajo para una cercha apernada, son las líneas de pernos y para cerchas soldadas, laslíneas de trabajo son los ejes centroidaIes de las soldaduras.